Studentu attieksmes uzlabošana pret STEM: secinājumi no VEX GO mācību programmas

Abstrakts

Izglītības robotikai ir potenciāls kļūt par STEM izglītības stūrakmeni, jo tā spēj nodrošināt praktisku, uz projektiem balstītu mācīšanos, izmantojot starpdisciplināru mācību programmu. Pētījumi ir parādījuši, ka studentu attieksme pret STEM mācīšanos samazinās, viņiem progresējot mūsu izglītības sistēmā; Pozitīvas attieksmes veidošana pret STEM tēmām ir ļoti svarīga sākumskolas vecuma skolēniem. Ir pierādīts, ka robotikas mācību programmas integrācija ar STEM priekšmetiem sniedz daudz pozitīvu mācību priekšrocību studentiem, vienlaikus uzlabojot skolēnu uztveri par šīm tēmām. Šajā pētījumā 104 skolēni no trešās līdz piektajai klasei piedalījās pētniecības projektā, lai noteiktu, vai skolēnu priekšstati par STEM tēmām mainīsies pēc sešām robotikas mācību nedēļām. Skolēniem tika dota iepriekšēja aptauja, lai novērtētu attieksmi pret matemātiku, dabaszinātnēm, inženierzinātnēm un 21. gadsimta prasmēm. Pēc tam katra klase pabeidza robotikas mācību programmu, izmantojot VEX GO robotu klases komplektu un VEX GO mācību programmas STEM laboratorijas un aktivitātes. Pēc sešu nedēļu stundām skolēniem tika uzdoti tie paši pēcaptaujas jautājumi, lai novērtētu, vai viņu attieksme ir mainījusies. Rezultāti liecina, ka studentu attieksme ir ievērojami uzlabojusies visos STEM priekšmetos, kā arī ir uzlabojušies radošums, iesaistīšanās, komandas darbs un neatlaidība.

AdobeStock_443602033.jpeg

Ievads

Robotika pēdējos gados ir arvien vairāk integrēta pamatskolās un vidusskolās visā ASV, ko veicina valstu ziņojumi un politika. 2015. gadā Nacionālais zinātnes fonds paziņoja, ka zinātnes, tehnoloģiju, inženierzinātņu un matemātikas (STEM) zināšanu un prasmju apguve amerikāņiem ir arvien svarīgāka, lai pilnībā iesaistītos tehnoloģiju ietilpīgā globālajā ekonomikā, un ka ikvienam ir ļoti svarīgi ir pieejama augstas kvalitātes izglītība STEM tēmās. Izglītības robotika nav vienkārši populāra tendence izglītības tehnoloģijās, bet pētījumos ir pierādīts, ka tā ir efektīva, lai uzlabotu skolēnu izpratni par STEM priekšmetiem, kā arī mācību rezultātus. Metaanalīze (Beniti, 2012) atklāja, ka kopumā izglītības robotika palielināja mācīšanos konkrētām STEM koncepcijām. Pētījumi, kas koncentrējas uz dažādām vecuma grupām, atklāja, ka robotika palielina skolēnu interesi un pozitīvu uztveri par STEM priekšmetiem (Nugent et al., 2010; Robinson, 2005; Rogers & Portsmore, 2004), un turpmākie pētījumi atklāja, ka tas savukārt palielina sasniegumus skolā un veicina zinātni. grāda sasniegums (Renninger & Hidi, 2011; Wigfield & Cambria, 2010; Tai et al., 2006). Vidusskolēniem robotika ir izmantota, lai atbalstītu sagatavotību koledžai un tehniskās karjeras prasmes (Boakes, 2019; Ziaeefard et al., 2017; Vela et al., 2020).

Nacionālās Zinātnes un tehnoloģiju padomes STEM izglītības komiteja 2018. gadā nāca klajā ar ziņojumu, lai izklāstītu federālo stratēģiju starpdisciplinārai STEM izglītībai: “Pati STEM izglītības būtība ir attīstījusies no disciplīnu kopuma, kas pārklājas, kļūstot par integrētāku un starpdisciplinārāku pieeju. mācīšanās un prasmju attīstība. Šī jaunā pieeja ietver akadēmisko koncepciju mācīšanu, izmantojot reālās pasaules lietojumprogrammas, un apvieno formālo un neformālo mācīšanos skolās, sabiedrībā un darbavietā. Izglītības robotiku nevajadzētu mācīt kā atsevišķu tēmu, bet gan pilnībā izmantot starpdisciplināras mācību programmas priekšrocības. Pētnieki ir atklājuši dažādu priekšrocību spektru robotikas iekļaušanai esošajā skolas mācību programmā, sākot no STEM zināšanu izstrādes un pielietošanas, skaitļošanas domāšanas un problēmu risināšanas prasmēm, līdz sociālajām un komandas darba prasmēm (Altin & Pedaste, 2013; Bers et al., 2014; Kandlhofer & Steinbauer, 2015; Taylor, 2016). Beniti (2012) atklāja, ka lielākā daļa robotikas programmu tiek mācītas kā savs priekšmets, un tas apgrūtināja skolotājiem to integrēt savā klasē. Viens no šī pētījuma mērķiem ir novērtēt studentu attieksmi pret STEM tēmām, izmantojot robotikas mācību programmu, kas apvieno robotikas konstruēšanu un programmēšanu ar standartiem saskaņotu matemātikas, zinātnes un inženierzinātņu saturu.

Izglītojošās robotikas ieviešana ir bijusi īpaši noderīga jauniem skolēniem, kuri var sākt veidot negatīvu attieksmi pret STEM priekšmetiem jau 4. klasē (Unfried et al., 2014). Jaunie studenti gūst labumu no integrēta mācību konteksta un attīsta pozitīvāku attieksmi pret STEM priekšmetiem ar agrīnu veiksmes pieredzi (McClure et al., 2017). Čerņaks et al. (2019) atklāja, ka robotikas ieviešana pamatskolas skolēniem palīdz attīstīt izziņas un problēmu risināšanas prasmes. Ching et al pētījumā. (2019), sākumskolas vecāko klašu skolēni pēcskolas programmā tika iepazīstināti ar integrētu STEM robotikas mācību programmu. Izmantojot aptaujas instrumentu (Friday Institute for Educational Innovation, 2012), pirms un pēc programmas tika mērīta skolēnu attieksme pret matemātiku, dabaszinātnēm un inženierzinātnēm. Rezultāti parādīja, ka ievērojami palielinājās tikai matemātikas konstrukcija. Ching et al. konstatēja, ka šie rezultāti atbilst citiem pētījumiem, kas veikti neformālās izglītības vidē un īsās (vienas nedēļas) izmēģinājuma programmās (Conrad et al., 2018; Leonard et al., 2016). Ching et al. atzīmēja arī citas grūtības, kas varēja ietekmēt nulles rezultātus citos mācību priekšmetos: studenti cīnījās, lai izveidotu robotus, un to pabeigšanai bija nepieciešamas līdz pat četrām 90 minūšu sesijām. Grūtības izprast būvēšanas instrukcijas un robotu veidošanu ir bijis izaicinājums sākumskolas audzēkņiem arī citos pētījumos (Kopcha et al., 2017), un pētnieki ir atzīmējuši, ka robotu konstruēšanai ir nepieciešama spēcīga izpratne par dažādiem robotu komponentiem (Slangen). et al., 2011). Ching et al. (2019) norādīja: "Nākotnē, kad mācību mērķis ir saistīts ar oriģināla un funkcionāla robota uzbūvi, ir ļoti ieteicams, lai studenti pirms darba sākšanas attīstītu dziļu izpratni par dažādām robotu sastāvdaļām." 598. Šīs atziņas skaidri parāda, ka maziem bērniem ir īpaši svarīgi agrīni gūt panākumus STEM mācībās, un viegli apgūstama un konstruējama robotu komplekta izmantošana ir vērtīga sastāvdaļa robotikas mācību programmas ieviešanā, lai visi skolēni gūtu panākumus. .

Šajā pētījumā mēs pētām, kā starpdisciplināra robotikas mācību programma, kas tika pasniegta kā daļa no skolas dienas, ietekmēja studentu attieksmi pret STEM priekšmetiem. Pētījuma jautājumi ir:

  1. Kā sešu nedēļu starpdisciplināra robotikas mācību programma ietekmēja studentu attieksmi pret STEM priekšmetiem?
  2. Kādi ieguvumi vai mācīšanās tiek novēroti, studentiem strādājot ar robotikas mācību programmu?

Nepārtraukta izpēte par to, kā robotika var dot labumu vecāko pamatskolas skolēniem, kļūst arvien svarīgāka, lai uzlabotu skolēnu izpratni par STEM un, cerams, uzlabotu iesaistīšanos un rezultātus. Šajā pētījumā mūsu mērķis ir sniegt ieguldījumu pētījumā, izpētot:

  • skolēni no trešās līdz piektajai klasei
  • robotikas mācību programma, kas integrēta skolas dienā un tiek pasniegta sešu nedēļu laikā
  • starpdisciplināras robotikas nodarbības, kas atbilst STEM standartiem
  • robotikas komplekts, kas paredzēts sākumskolas vecuma skolēniem

Metodes

Šis pētījums tika veikts valsts skolu rajonā Rietumpensilvānijas štatā, kurā piedalījās 104 skolēni trīs klasēs. Skolotājs, kurš izstrādāja un sniedza robotikas mācību programmu, darbojas kā rajona elementāro tehnoloģiju integrators un redz skolēnus pēc rotācijas grafika. Šis pētījums ietver gan kvantitatīvus, gan kvalitatīvus datus. Studenti atbildēja uz aptaujas jautājumiem, lai empīriski novērtētu savu attieksmi pret STEM tēmām pirms un pēc robotikas mācību programmas. Turklāt skolotāja glabāja žurnālu, kurā ierakstīja piezīmes un pārdomas par studentu uzvedību un mācīšanos STEM laboratoriju un viņu veikto darbību laikā.

Iepriekšēja aptauja. Lai novērtētu skolēnu uztveri par STEM tēmām, skolēni aizpildīja skolēnu attieksmes pret STEM aptauju — pamatskolas audzēkņi (Piektdienas Izglītības inovāciju institūts, 2012). Lai palīdzētu skolēniem atvieglot šo procesu, skolotāja atkārtoti izveidoja aptaujas vienumus tabulas formā un noņēma neitrālo opciju, kas, viņasprāt, radīs neskaidrības skolēniem, atbildot.

Vēstules, kurās aprakstīts pētījuma projekts, un piekrišanas veidlapas tika nosūtītas mājās kopā ar studentiem vecāku pārskatīšanai. Lai piedalītos šajā pētījumā, studentiem bija jāatgriež parakstīta piekrišanas veidlapa. Aptaujas instruments tika izdrukāts un izdalīts skolēniem klātienē. Studenti, kuri atgrieza piekrišanas veidlapu, aizpildīja aptauju, savukārt studentiem, kuri to neatdeva, šajā laikā tika dota cita darbība. Norādījumi tika nolasīti skolēniem skaļi, un pēc pieprasījuma tika definēti daži termini. Aptaujas veica trešās, ceturtās un piektās klases skolēni no tās pašas nedēļas pirmdienas līdz trešdienai.

Laikā, kad tika veikta pirmā aptauja, skolēni tika iepazīstināti ar robotu komplektu, izmantojot laboratoriju Intro to Building, un nodarbību astronauta tēla veidošanai. Neviena cita STEM laboratorija nebija pabeigta, un COVID-19 pandēmijas dēļ studenti iepriekšējā pusotra gada laikā nebija saņēmuši robotikas mācību programmu. Tas sniedza iespēju novērtēt, kā studenti jūtas par STEM tēmām bez nesenās pieredzes ar STEM mācību programmu, kas veidoja viņu atbildes.

Skolotāja atzīmēja, ka dažādu klašu skolēni uz aptaujām atbildēja atšķirīgi. Piektās klases skolēni aptauju veica ātri un ar dažiem jautājumiem. Ceturtās klases skolēni prasīja daudzas terminu definīcijas. Trešās klases skolēniem bija vislielākās problēmas ar terminoloģiju, un visilgāk bija nepieciešams aptaujas aizpildīšana.

STEM mācību programma un robots. Pamattehnoloģiju integratora skolotājam bija daudz robotu un programmēšanas rīku, kas tika savākti lietošanai rajonā, taču viņi izvēlējās ieviest sešu nedēļu mācību programmu ar VEX GO robotu skaitļošanas domāšanas un datorzinātņu nodarbībām, kuras varēja apgūt mācību gada beigās. 2021 mācību gads. VEX GO robots ir plastmasas detaļu komplekts, ar kuru var manipulēt sākumskolas skolēni, kuriem ir atšķirīgas smalkās motorikas prasības nekā vecākiem skolēniem. Komplektam ir krāsu kods, lai palīdzētu skolēniem izprast detaļu izmērus, un tas ir sakārtots pēc veida: sijas, leņķa sijas, plāksnes, zobrati, skriemeļi, savienotāji, atdalīšanas elementi un tapas. Skolotāja izmantoja vienu klases komplektu (desmit komplekti), lai apkalpotu visas trešās, ceturtās un piektās klases sadaļas, kuras viņa mācīja. Robotu komplektu koplietošana no klases ieviešanas perspektīvas nozīmēja, ka skolēniem bija jāpaspēj pabeigt stunda un nolikt savu robotu vienā nodarbības laikā, lai cita klase tos varētu izmantot vēlāk. Skolotājam arī visas dienas garumā bija jāspēj pārvietoties uz dažādām klasēm dažādām klasēm.

Katrs klases līmenis pabeidza sešas nedēļas robotikas STEM laboratorijas. Covid-19 radītās netipiskās mācību situācijas dēļ skolēni klātienes nodarbību grafika ietvaros mainījās trīs reizes desmit dienu rotācijā. Ne visi skolēni tika redzēti tieši vienādi reižu, atkarībā no viņu grafika un ārējiem faktoriem. Skolotājs to risināja, izmantojot diferenciāciju: “Paturot to prātā, es mēģināju patiešām atšķirt katru klasi. Es negribēju samazināt tik daudz stundu katrā klasē, bet tā vietā patiešām iedziļināties stundās, lai saprastu. Visretāk redzēti piektās klases skolēni. Skolotāja atzīmēja, ka bija grūti mācīt piektklasniekus viņu pamatskolas karjeras pašās beigās, jo viņiem bija ieplānots tik daudz pasākumu nedēļās pirms skolas beigšanas.

Kamēr visi skolēni šo sešu nedēļu laikā pabeidza VEX GO robotikas STEM laboratoriju un aktivitāšu komplektu, mācību programma tika diferencēta pēc skolotāja ieskatiem, lai pielāgotos dažāda vecuma skolēnu spējām. Piemēram, visi skolēni sāka savu robotikas mācību programmu ar ievadu STEM laboratorijas veidošanā, jo šī laboratorija iepazīstina ar robotikas komplektu. Visi skolēni pabeidza arī “Look Alike STEM Lab”, kas māca, kā pazīmes tiek ģenētiski nodotas no vecākiem zaķiem uz zaķu mazuļiem. Pēc tam katra klase pabeidza atšķirīgu laboratoriju un aktivitāšu komplektu:

  • Trešā klase: Ievads celtniecībā, Izskatās līdzīgi, Jautras vardes (2 mācības), Pielāgošanās nags, VEX GO aktivitātes: Lunar Rover, Pin Game, Engineer It & Build It, Copycat, Habitat, Creature Creation un bezmaksas būvēšanas laiks
  • Ceturtā klase: Ievads celtniecībā, vienkāršās mašīnas (4 nodarbības), izskats līdzīgi, adaptācijas spīle, VEX GO aktivitātes: Lunar Rover, pin spēle un bezmaksas izveides laiks
  • Piektā klase: Ievads celtniecībā, Izskatās līdzīgi, Jautras vardes (2 nodarbības), Pielāgošanās nags, VEX GO aktivitātes: Lunar Rover, Pin Game, Engineer It & Build It, Copycat, Habitat, Creature Creation un bezmaksas būvēšanas laiks

STEM laboratorijas ir strukturētas aktivitātes, kas palīdz studentiem cauri starpdisciplinārai, standartizētai nodarbībai, kas nodrošina kontekstu robotu veidošanai, klases diskusijām, eksperimentiem un iteratīviem uzlabojumiem. Laboratorijas tiek organizētas tāpat kā sadaļās Engage, Play un Share, kas palīdz skolēniem apgūt stundu. Darbības ir īsākas nekā STEM laboratorija, un tās ir dažādas pēc tēmas un struktūras, bieži nodrošinot beztermiņa izaicinājumus ar mazāk norādījumiem.

Pēcaptaujas. Pēc mācību programmas pabeigšanas, kas sakrita ar mācību gada beigām, skolēniem pēcaptauju veica tādā pašā veidā kā pirmsaptauju. Kad pēcaptaujas tika apkopotas, skolotājs anonimizēja un ierakstīja datus, gatavojoties analīzei.

Datu analīze. Aptaujas vienumi tiktu novērtēti, izmantojot noteiktās kvantitatīvās metodes. Atbilžu izvēles tika novērtētas (1 = pilnībā nepiekrītu, 2 = nepiekrītu, 3 = piekrītu, 4 = pilnībā piekrītu), un konkrētie vienumi tika apgriezti kodēti, ja nepieciešams. Pāru t-testi tika veikti, izmantojot pirms un pēcaptaujas vidējo vērtību katrai konstrukcijai, katrai pakāpei. Skolotāja žurnāls tika novērtēts, izmantojot tematisko analīzi, kas atklāja ieskatu par skolēnu uztverto mācīšanos, kā arī mācību programmas izstrādi/vajadzībām.

Rezultāti

Trešā klase. Trešās klases pirmsaptaujas un pēcaptaujas rezultāti (1. tabula) liecina par paaugstinātu vidējo punktu skaitu katrā no aptaujas jomām. Katra konstrukcija pirms un pēc vidējā tika salīdzināta, izmantojot divpusējo t-testu, un visi rezultāti bija nozīmīgi (p < 0,001). Vismazākais vidējais pieaugums bija 21. gadsimta prasmju attieksmes konstruktam, kas norāda, ka studenti tikai nedaudz atšķīrās no sākotnējās vienošanās ar šiem jautājumiem. Skolēniem bija viszemākais vidējais vērtējums matemātiskās attieksmes konstrukcijā pirms aptaujas ar vidējo punktu skaitu 2,27, bet pēcaptaujā viņi šo vidējo konstrukcijas punktu skaitu palielinātu par 0,25. Gan zinātnes, gan inženierzinātņu konstrukcijās vidējais pieaugums bija virs 0,6, kas liecina, ka studenti pēc mācību programmas jutās daudz pārliecinātāki, lai palielinātu savu izvēli. Zinātnes konstrukcijas pirmsaptaujas vidējais rādītājs no 2,8 līdz 3,44 parāda, ka studenti sākotnēji bija nepiekrītu un piekrītu (2 un 3) kombinācija, bet tika mainīti uz jauktu, kas piekrīt, lai pilnībā piekrītu (3 un 4).

1. tabula. Trešās pakāpes pirms un pēcaptaujas pāra t-testa rezultāti (n = 39).

Pāris Mainīgs Vidēji t Sig (divpusēji)
1. pāris Pirms matemātikas 2.2664 -8.775 0.000
Post Math 2.5197
2. pāris Pirmszinātnes 2.7982 -21.255 0.000
Postzinātne 3.4415
3. pāris Iepriekšēja inženierija 3.1228 -26.504 0.000
Pasta inženierija 3.7281
4. pāris Pirms 21. gadsimta prasmes 3.0000 -3.894 0.000
Post 21st Century Skills 3.0906

Student_Perception_Summary_Graphic-v1-rev2.png

Ceturtā klase. 2. tabulā parādīts, ka ceturtās klases skolēniem līdzīgi bija visu konstrukciju vidējo punktu skaita pieaugums, un tie visi bija nozīmīgi (p < 0,001). Tomēr pieaugums bija mazāks nekā trešās klases skolēniem (vidējās izmaiņas parasti ir mazākas par 0,3), norādot, ka mazāk skolēnu mainīja atbildes nekā viņu jaunākie kolēģi. Tāpat kā trešās klases skolēniem, matemātikas konstrukcija bija zemākā vidējā vērtība gan pirmsaptaujā, gan pēcaptaujas laikā, un 21. gadsimta prasmēm bija vismazākais vidējo punktu skaita pieaugums. Jāatzīmē, ka šiem studentiem vislielākais pieaugums bija inženiertehniskajai konstrukcijai.

2. tabula. Ceturtās klases t-testa rezultāti pirms un pēc aptaujas (n = 34).

Pāris Mainīgs Vidēji t Sig (divpusēji)
1. pāris Pirms matemātikas 2.0871 -7.136 0.000
Post Math 2.2652
2. pāris Pirmszinātnes 2.9125 -7.124 0.000
Postzinātne 3.1987
3. pāris Iepriekšēja inženierija 3.0673 -8.151 0.000
Pasta inženierija 3.3030
4. pāris Pirms 21. gadsimta prasmes 3.6498 -4.629 0.000
Post 21st Century Skills 3.7003

Piektā klase. Piektās klases skolēnu konstrukciju rādītāji uzrāda atšķirīgas tendences nekā trešās un ceturtās klases skolēniem (3. tabula). Šai grupai bija vienīgais inženiertehniskās konstrukcijas vidējā rezultāta samazinājums, lai gan tas nebija statistiski nozīmīgs un augstāko vidējo rādītāju dēļ tas neradīja nekādas bažas. Matemātikas, dabaszinātņu un 21. gadsimta prasmju konstruktīvie rādītāji pieauga mazākā mērā no pirmsaptaujas līdz pēcaptaujai, un tie bija nozīmīgi mazākā mērā (p < 0,01 matemātikā un dabaszinātnēs un p < 0,05 21. gadsimta prasmēm). gadsimta prasmes).

3. tabula. Piektās klases t-testa rezultāti pirms un pēc aptaujas (n = 31).

Pāris Mainīgs Vidēji t Sig (divpusēji)
1. pāris Pirms matemātikas 2.8167 -3.427 0.002
Post Math 2.9042
2. pāris Pirmszinātnes 3.2333 -3.751 0.001
Postzinātne 3.3111
3. pāris Iepriekšēja inženierija 3.4259 0.810 0.425
Pasta inženierija 3.3370
4. pāris Pirms 21. gadsimta prasmes 3.8296 -2.350 0.026
Post 21st Century Skills 3.8741

Diskusija

Studentu attieksme. Šo četru konstrukciju rezultāti parādīja dažus pārsteidzošus rezultātus. Vidējais vērtējums pirmsaptaujā bija augstāks piektās klases skolēniem visās konstrukcijās nekā trešās klases skolēniem. Literatūrā iegūtie secinājumi liecina, ka STEM attieksme laika gaitā samazinās. Vai šie atklājumi to noliedz? Nav nepieciešams. Mācību gada beigas nozīmēja, ka piektās klases skolēni tika redzēti mazāk reižu, jo viņi apmeklēja dažādus pasākumus, kas noveda pie skolas beigšanas, un mazāk stundu, iespējams, ir samazinājušas ietekmi uz viņu attieksmi šajā gada laikā. Skolotāja arī atzīmēja, ka katra vecuma grupa uz aptaujas jautājumiem atbildēja atšķirīgi. Trešās klases skolēni uzdeva daudz jautājumu un atbildēja ar vispārēju entuziasmu, savukārt piektās klases skolēni aptauju aizpildīja ātri un ar dažiem jautājumiem. Bērnu vecums var ietekmēt to, cik daudz nianses viņiem ir, interpretējot jautājumus un sniedzot atbildes. Jaunākie skolēni, piemēram, “piekrītu” un “pilnīgi piekrītu” vērtē atšķirīgi nekā, piemēram, vecākie skolēni. Skolotāja savās piezīmēs pievienoja komentāru tieši par piektās klases skolēniem un prātoja, vai viņi atbildēja uz aptaujas jautājumiem ar gaidīšanas sajūtu vai mēģinot viņu iepriecināt. Tā kā vecāki pamatskolas skolēni vairāk pieskaņojas cerībām, tas var ietekmēt viņu dabiskās reakcijas.

No rezultātiem ir skaidrs, ka VEX GO robotikas mācību programmai bija atšķirība katrā vecuma grupā. Trešās klases skolēniem bija ievērojami palielinājušies vidējie rādītāji visās jomās (matemātika, zinātne, inženierija). Lai gan ceturtās klases skolēniem vidējais punktu skaits nebija tik liels kā trešās klases skolēniem, viņi joprojām konsekventi palielināja vidējo punktu skaitu par vairākām desmitdaļām domēna konstrukcijās. Savukārt piektās klases skolēni bija vienīgie skolēni ar nebūtiskām izmaiņām kādā konstrukcijā un nozīmīguma vērtībās, kas ir mazākas par p < 0,001. Šīs vispārējās atšķirības starp dažādu klašu skolēniem liecina, ka robotikas mācību programmai bija lielāka ietekme uz jaunāko skolēnu attieksmi nekā vecāko skolēnu attieksmi, uzsverot, cik svarīgi ir agrīni uzsākt robotikas mācību programmu.

Uztvertā mācīšanās. Skolotāja žurnāls fiksēja katras skolēnu grupas veiktās laboratorijas un aktivitātes, kā arī daudzus skolēnu novērojumus, kad viņi strādāja stundās. Lai gan aptaujas instruments spēja noteikt studentu attieksmi, žurnālu ierakstu tematiskā analīze identificēja vairākas uztvertās mācīšanās tēmas, kas atbilst pētnieciskajai literatūrai.

Radošums. Galvenā žurnāla tēma bija studentu radošums. Daudz pieminēts trešo klašu skolēniem, taču visās trīs klasēs radošums tika īpaši izcelts saistībā ar to, kā skolēni iesaistījās programmās Simple Machines, Look Alike, Creature Creation un Frog Life Cycle. Skolotāja atzīmēja: “3. klase bija tik sajūsmā, ka uzbūvēja vardi. Šis klases līmenis vēlas būt pēc iespējas radošāks, un dzīvotnes veidošana patiešām ļauj bērniem atkal atvērt šīs prasmes. Lai gan mācību materiāliem ir daudz mērķu, radošuma rosināšana skolēnos ir vērtīgs rezultāts, kas sniedz daudzas citas priekšrocības.

Saderināšanās. Strukturētu laboratoriju nodrošināšana ar jautrām un autentiskām tēmām veicināja studentu radošumu, kas palīdzēja palielināt iesaisti. Sākot ar Intro to Building laboratoriju, skolotājs atzīmēja, ka skolēni nevēlas pārtraukt darbu. Līdzīgi laboratorijā Look Alike viņa atklāja, ka: “Nodarbību bija patiešām grūti beigt. Es atklāju, ka skolēni vēlas turpināt un turpināt, pievienojot saviem dzīvniekiem vairāk atkārtojumu.…Es atklāju, ka bērni nevēlējās sakopt, bet turpina papildināt savu darbu. Lai gan trešās klases skolēni tika atzīmēti kā entuziastiskākie, viņa aprakstīja, kā pat piektās klases skolēni bija ļoti iesaistīti savā Simple Machines laboratorijā: “Es atklāju, ka visiem skolēniem bija grūti nolikt gabalus. Mums vienkārši bija pārāk jautri! ”

Komandas darbs. VEX GO STEM Labs ir izstrādātas, lai tās varētu pabeigt komandās, studentiem piešķirot noteiktas lomas un uzdevumus. Trešās klases skolēni sāka ar Adaption Claw, un skolotājs novēroja: "Skolēni arī bija priecīgi sadalīties grupās, lai viņi varētu strādāt kopā, un katram bija savs darbs." Ceturto klašu skolēniem viņa līdzīgi atzīmēja, kā lomas palīdzēja skolēniem iekļūt grupās un ātri sākt darbu. Viņa arī atzīmēja, ka studenti sāka izvēlēties strādāt kopā beztermiņa aktivitātēs, piemēram, veidojot dzīvotnes vai būvējot Lunar Rover.
Skolotājs atzīmēja arī vairākus gadījumus, kad skolēni spontāni strādāja kopā kā klase. Daži skolēni ar savu robotu izpētīja jaunas lietas, un, kad viņi “atklāja” kaut ko jaunu, citi skolēni skrēja klāt, lai redzētu un pēc tam paši izmēģinātu. Studenti, kuri izvēlējās kādu jautru aktivitāti no izvēles tablo, bieži dalījās ar citiem studentiem, kuri pāriet uz šo aktivitāti. Neatkarīgi no tā, vai viņi strādāja grupās vai vieni, skolēni vēlējās dalīties un palīdzēt viens otram.

Noturība. Ne visas aktivitātes skolēniem bija vieglas. Trešās klases skolēni veica adaptācijas spīļu laboratoriju vispirms pēc laboratorijas Ievads celtniecībā. Skolotājs atklāja, ka laboratorija sākumā ir nedaudz attīstīta, un pārcels to uz vēlāku mācību programmas secību. Neatkarīgi no tā, vai viņi pabeidza aktivitāti, grupas pastāvēja līdz beigām.

Es atklāju, ka šī bija LIELISKA mācība neapmierinātībai un izpratnei, ka neveiksmes ir tikai daļa no mācīšanās. Man bija katrai grupai aprakstīt, kas strādāja un kas ne. Es atklāju, ka daudzas grupas patiešām saprata viena otru, kad tās dzirdēja dažas no tām pašām problēmām.

Dažas izmantotās aktivitātes bija arī izstrādātas tā, lai tās būtu beztermiņa un sniegtu studentiem izaicinājumu, kas jāpārvar. Studentiem tika uzdots izveidot mājas, kas varētu izturēt zemestrīci, taču viņiem netika sniegtas būvniecības instrukcijas. Lai gan bija iesaistīts neapmierinātības elements, studenti to izmantoja un turpināja veikt iteratīvus uzlabošanas ciklus:

Studentiem ļoti patika izaicinājums! Es atklāju, ka studentu grupas saprata savas kļūdas pēc eksperimenta ar “zemestrīci” un varēja pārtaisīt savu māju, pamatojoties uz to, kas strādāja un kas ne. Es biju tik pārsteigts, cik laimīgas un satraukti bija grupas par izaicinājumu, kas bija nomākts un tik apmierinošs, kad grupas to atrisināja.

Mācību programma. Skolotāja žurnāls atklāja arī daudzas atziņas par diferenciācijas nozīmi robotikas mācību programmā. Katra studentu grupa pabeidza STEM laboratorijas ievadu, kurā iepazīstināja ar VEX GO komplektu un visiem tā elementiem. Visi skolēni pabeidza arī “Look Alike STEM” laboratoriju, kas māca skolēniem par iezīmēm, liekot viņiem veidot vecāku un mazuļu zaķus ar dažādām iezīmēm. Lai gan dažas laboratorijas tika pabeigtas katrā klasē, tika veikta diferencēšana pēc vecuma grupām. Vecākie ceturtās un piektās klases skolēni pabeidza vienkāršās mašīnas laboratorijas vienību, bet trešās klases skolēni pabeidza laboratoriju Fun Frogs. Trešās klases skolēni arī pabeidza vairāk atsevišķu aktivitāšu nekā vecākās klases, jo skolotājs atzīmēja, ka tās ir labvēlīgas jaunāko skolēnu prasmēm. Skolotājs izmantoja aktivitātes arī vecākiem skolēniem, kad grupas agri pabeidza laboratorijas — tas ir nepieciešams klasē, lai skolēni būtu aizņemti, kad grupas strādā ar dažādu ātrumu. Daudzas iespējas gan laboratorijas, gan aktivitāšu diferencēšanai bija vērtīgs mācību programmas līdzeklis, lai veiksmīgi ieviestu robotikas programmu klasē.

Starpdisciplinārās laboratorijas arī bija ieguvums, saskaņā ar skolotāja žurnālu. Trešās klases skolēni bija sajūsmā par zinātnes tematikas laboratorijām, kurās viņi varēja veidot un attīstīt dzīvniekus un to dzīvotnes. Pirmā dzīvnieku laboratorijas trešās klases skolēni pabeidza laboratoriju Look Alike, kur viņi varēja izveidot zaķus un nodot tālāk īpašības. Skolotāja atzīmēja, cik ļoti skolēniem patika veidot dzīvniekus, un viņi vēlējās izpētīt dažādas variācijas. Tas lika skolotājam nākamajai stundai izvēlēties aktivitāti ar nosaukumu Radījumu radīšana, lai paplašinātu skolēnu radošumu. Kad studenti strādāja laboratorijā Fun Frogs, viņa atzīmēja, cik aizrautīgi un radoši ir studenti, kā arī ieguvums ir zems ienākšanas barjers prasmju veidošanai.

Bērniem patika veidot varžu ciklu un mācīties par to. Es redzēju, ka bērni guva praktisku pieredzi ar zinātnes tēmām, kuras viņi bija apguvuši mācību grāmatā. Es runāju ar 3. klases skolotāju, lai nākamgad vairāk sadarbotos, lai mēģinātu to mācīt, kad viņa māca par biotopiem.

Ceturtās klases skolēni pabeidza Simple Machines laboratorijas bloku. Skolotājs atzīmēja, cik entuziastiski bija skolēni, jo viņiem bija zināšanas par vienkāršām mašīnām no savas citas klases. Viņi jautāja, kā inženieri izmantoja vienkāršas mašīnas, un viņiem tika dots laiks veikt pētījumus. Skolotājs atzīmēja:

4. klase koncentrējas uz vienkāršām iekārtām zinātnē, tāpēc šī STEM laboratorija bija tik piemērota šim klases līmenim. Es atklāju, ka bērna sejas iedegās, kad es teicu, ka mēs taisīsim sviras. Lielākā daļa šo studentu bija aizpildījuši darba lapu, bet ne praktisku izmeklēšanu. Es teicu dabaszinātņu skolotājai, ka nākamgad mēs vairāk sadarbosimies, lai es mācu šajā STEM laboratorijā, kad viņa māca vienkāršas mašīnas.

Piektās klases skolēni pabeidza arī Simple Machines laboratorijas bloku, taču viņu vecums un pieredze parādīja, kā viņi ar to nodarbojās savādāk nekā ceturtie. Skolotājs atzīmēja, ka šī skolēnu grupa pabeidza agri un izmantoja “izvēles tablo”, lai izpētītu paši.

5. klasei ir nepieciešamas aizraujošas un saistošas ​​aktivitātes — un šī STEM laboratorija atbilst šim mērķim. Es atklāju, ka skolēni vēlas uzkāpt uz grīdas un eksperimentēt, kā pacelt dažādus svarus, izmantojot sviru. Es arī atklāju, ka atšķirībā no 4. klases šiem skolēniem bija pamatzināšanas un viņi STEM laboratoriju pacēla uz nākamo līmeni, pievienojot svarus un sniedzot STEM laboratorijai autentisku mācību pieredzi no grupas uz grupu.

Katras klases skolēni guva labumu no starpdisciplināras pieejas robotikas mācību programmā. Spēja savienot robotiku ar zinātni, matemātiku vai inženierzinātnēm palīdzēja ne tikai iesaistīt skolēnus, bet arī nodrošināja viņiem pamatu jēdzienu izpētei ar dziļāku izpratni. Skolotājs norāda uz vairākām jomām, kurās robotikas mācību programmu var iekļaut vai sinhronizēt ar citu priekšmetu stundām, kas varētu būt vērtīgs nākamais solis, lai autentiskā veidā integrētu robotiku dažādās disciplīnās.

Secinājums

Tā kā izglītojošās robotikas izmantošana klasēs visā valstī pieaug, ir ļoti svarīgi izpētīt, kā robotika dod labumu studentiem, kā arī pieredzi, kas gūta, mācot robotikas mācību programmu. Šis pētījums atklāja, ka robotikas mācību programma uzlaboja studentu attieksmi gandrīz visos STEM priekšmetos visās klasēs. Turklāt skolotājs uztvēra papildu mācīšanās kategorijas skolēniem tādās jomās kā radošums, iesaistīšanās, komandas darbs un neatlaidība.

Lai turpinātu pētīt, kā izglītojošā robotika var sniegt vislielāko labumu skolēniem reālās klasēs, mums jāturpina mācīties tieši no skolotājiem, kuri īsteno mācību programmu. Atspoguļojot visu pieredzi, skolotāja sniedza savu kopējo atziņu:

Es atklāju, ka, ja bērni vēlas uzzināt vairāk, mēs uzzinājām vairāk. Es gribēju, lai tas būtu patīkami, un katra klase bija pilnīgi atšķirīga (kas ir pilnīgi normāli). Daži skolēni vēlējās uzzināt vairāk par būvniecību tur, kur citi vēlējās atrauties un izveidot savu briesmoni vai radību. Es atklāju, ka 3. klase bija tik satraukta – bija grūti beigt stundas. 4. klase bija tik satraukta, lai uzzinātu par STEM stundām, piemēram, par vienkāršām mašīnām, kas bija saistītas ar viņu pašu dabaszinātņu mācību programmu. 5. klasei patika izaicinājums kodēt, būvēt un uzzināt par Marsu. Es domāju, ka lielākā daļa bija tā, ka katrai klasei dažkārt vajadzēja vairāk laika STEM laboratorijai vai vairāk laika izpētei, un es to viņiem atdevu. Esmu atklājis, ka tad, kad bērni ir sajūsmā, vislabāk ir skriet ar šo sajūsmu un rakt dziļāk, nevis doties tālāk.

Šis pētījums sniedza arī jēgpilnu ieskatu starpdisciplināras robotikas mācību programmas īstenošanā. Kā sešu nedēļu programma studenti varēja pabeigt daudzas dažādas laboratorijas un aktivitātes. Tas norāda, ka mācību programmas ilgums var pamatoti ietekmēt to, cik veiksmīgi tā ir studentu STEM attieksmes maiņā. Nodarbību sastatnes un diferenciācija arī bija mācību programmas panākumu atslēga. Skolotāja atklāja, ka dažāda vecuma skolēniem ir dažādas prasmes un vajadzības, un viņa var viegli pielāgot mācību plānu katrai klasei. Arī pats VEX GO robotu komplekts bija labi piemērots studentu vajadzībām. Studenti varēja viegli sekot instrukcijām, konstruēt detaļas un uzzināt, kā detaļas darbojas un savienotas. Studenti varētu pabeigt būvdarbus un laboratorijas vienā nodarbībā ar laiku, lai veiktu sakopšanu, kas ir nepieciešams, lai robotikas mācību programma darbotos parastās mācību dienas apstākļos. Robotikas komplekts, kas paredzēts sākumskolas vecuma grupai, un pilna starpdisciplināra mācību programma ir ļoti svarīgas gan robotikas mācīšanai, gan mācībām reālā klasē.


Altin, H., & Pedaste, M. (2013). Apgūt pieejas robotikas pielietošanai dabaszinātņu izglītībā. Journal of Baltic Science Education, 12(3), 365–378

Beniti, FBV (2012). Robotikas izglītības potenciāla izpēte skolās: sistemātisks pārskats. Datori & Izglītība, 58(3), 978–988. https://doi.org/10.1016/j.compedu.2011.10.00

Bers, MU, Flannery, L., Kazakoff, ER, & Sallivan, A. (2014). Skaitļošanas domāšana un viltošana: agrīnās bērnības robotikas mācību programmas izpēte. Datori & Izglītība, 72 145–157. https://doi.org/10.1016/j.compedu.2013.10.020.

Boaks, Ņūdžersija (2019). Daudzveidīgu jauniešu iesaistīšana pieredzējušās STEM mācībās: universitātes un vidusskolas rajona partnerība. In International Online Journal of Education and Teaching (IOJET), 6(2). http://iojet.org/index.php/IOJET/article/view/505

Cherniak, S., Lee, K., Cho, E., & Jung, SE (2019). Bērnu identificētas problēmas un to robotizētie risinājumi. Journal of Early Childhood Research, 17(4), 347–360. https://doi.org/10.1177/1476718X19860557

Ching, YH, Yang, D., Wang, S., Baek, Y., Swanson, S., & Chittori, B. (2019). Pamatskolas skolēnu STEM attieksmes un uztvertās mācīšanās attīstība STEM integrētās robotikas mācību programmā. TechTrends, 63(5), 590–601. https://doi.org/10.1007/s11528-019-00388-0

STEM izglītības komiteja. (2018). Panākumu kursa izveide: Amerikas stratēģija STEM izglītībai. Nacionālā zinātnes un tehnoloģiju padome, 1.–35. decembris. http://www.whitehouse.gov/ostp.

Conrad, J., Polly, D., Binns, I., & Algozzine, B. (2018). Studentu priekšstati par vasaras robotikas nometnes pieredzi. The Clearing House: A Journal of Educational Strategies, Issues and Ideals, 91(3), 131–139. https://doi.org/10.1080/00098655.2018.1436819

Piektdienas Izglītības inovāciju institūts (2012). Studentu attieksme pret STEM aptauju — pamatskolas augšskolas studenti, Raleigh, NC: autors.

Kandlhofer, M., & Steinbauer, G. (2015). Izvērtējot izglītības robotikas ietekmi uz skolēnu tehniskajām un sociālajām prasmēm un ar zinātni saistīto attieksmi. Robotika un autonomās sistēmas, 75 679–685. https://doi.org/10.1016/j.robot.2015.09.007

Kopcha, TJ, McGregor, J., Shin, S., Qian, Y., Choi, J., Hill, R. u.c. (2017). Integrējošas STEM mācību programmas izstrāde robotikas izglītībai, izmantojot izglītības dizaina pētījumus. Journal of Formatative Design in Learning, 1(1), 31–44. https://doi.org/10. 1007/s41686-017-0005-1

Leonard, J., Buss, A., Gamboa, R., Mitchell, M., Fashola, OS, Hubert, T., & Almughyirah, S. (2016). Robotikas un spēļu dizaina izmantošana, lai uzlabotu bērnu pašefektivitāti, STEM attieksmi un skaitļošanas domāšanas prasmes. Journal of Science Education and Technology, 25(6), 860–876. https://doi.org/10.1007/s10956-016-9628-2

McClure, ER, Guernsey, L., Clements, DH, Bales, SN, Nichols, J., Kendall-Taylor, N., & Levine, MH (2017). STEM sākas agri: zinātnes, tehnoloģiju, inženierzinātņu un matemātikas izglītība agrā bērnībā. Džoana Ganza Kūnija centrs Sezama darbnīcā. http://joanganzcooneycenter.org/publication/stem-starts-early/

Nugent, G., Barker, B., Grandgenett, N., & Adamchuk, VI (2010). Robotikas un ģeotelpisko tehnoloģiju iejaukšanās ietekme uz jauniešu STEM mācīšanos un attieksmi. Journal of Research on Technology in Education, 42(4), 391–408. https://doi.org/10.1080/15391523. 2010.10782557

Renningers, KA, & Hidi, S. (2011). Konceptualizācijas, mērīšanas un interešu radīšanas pārskatīšana. Izglītības psihologs, 46(3), 168–184. https://doi.org/10.1080/00461520.2011.587723

Robinsons, M. (2005). Robotikas virzītas aktivitātes: vai tās var uzlabot vidusskolas dabaszinātņu apguvi. Bulletin of Science, Technology & Society, 25, 73–84.

Rogers, C., & Portsmore, M. (2004). Inženierzinātņu ievešana pamatskolā. STEM Education žurnāls, 5, 17–28.

Slangen, L., Van Keulen, H., & Gravemeijer, K. (2011). Ko skolēni var mācīties, strādājot ar robotizētām tiešās manipulācijas vidēm. International Journal of Technology and Design Education, 21(4), 449–469. https://doi.org/10.1007/s10798-010-9130-8

Tai, RH, Liu, CQ, Maltas, AV, & Fan, X. (2006). Agrīna karjeras plānošana zinātnē. Zinātne, 312(5777), 1143–1144. https://doi.org/10.1126/science.1128690

Teilors, K. (2016). Sadarbības robotika, kas vairāk nekā tikai darbs grupās: skolēnu sadarbības ietekme uz mācību motivāciju, sadarbīgu problēmu risināšanu un zinātnes procesa prasmēm robotu aktivitātēs. (Doktora disertācija). Iegūts 2021. gada 22. jūlijā no https://scholarworks.boisestate.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=2179&context=td

Unfried, A., Faber, M., & Wiebe, E. (2014). Dzimums un studentu attieksme pret zinātni, tehnoloģijām, inženierzinātnēm un matemātiku. American Educational Research Association, 1.–26. https://www.researchgate.net/publication/261387698

Vela, KN, Pedersen, RM, & Baucum, MN (2020). Uzlabot izpratni par STEM karjeru, izmantojot neformālās mācīšanās vidi. Journal of Research in Innovative Teaching and Learning, 13(1). 103–113. https://doi.org/10.1108/JRIT-12-2019-0078

Wigfield, A., & Cambria, J. (2010). Skolēnu sasniegumu vērtības, mērķorientācijas un interese: definīcijas, attīstība un attiecības ar sasniegumu rezultātiem. Attīstības pārskats, 30 (1), 1.–35. https://doi.org/10.1016/j.dr.2009.12.001

Ziaeefard, S., Miller, MH, Rastgaar, M., & Mahmoudian, N. (2017). Koprobotikas praktiskās aktivitātes: vārti uz inženiertehnisko dizainu un STEM mācīšanos. Robotika un autonomās sistēmas, 97, 40–50. https://doi.org/10.1016/j.robot.2017.07.013

For more information, help, and tips, check out the many resources at VEX Professional Development Plus

Last Updated: